來源：MIT

現(xiàn)代計算機處理器包含許多稱為內(nèi)核的計算單元，它們共享相同的硬件資源。片上互連是使這些內(nèi)核能夠相互通信的組件。但是，當(dāng)多個內(nèi)核上的程序同時運行時，當(dāng)它們使用互連同時通過芯片發(fā)送數(shù)據(jù)時，它們有可能相互延遲。通過監(jiān)視和測量這些延遲，惡意代理可以執(zhí)行所謂的“側(cè)信道攻擊”，并重建存儲在程序中的秘密信息，例如加密密鑰或密碼。麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員對片上互連進行了逆向工程，以研究這種攻擊是如何實現(xiàn)的。根據(jù)他們的發(fā)現(xiàn)，建立了一個分析模型，用于分析流量如何在處理器上的核心之間流動，他們用它來設(shè)計和發(fā)起令人驚訝的有效的側(cè)信道攻擊。然后，他們開發(fā)了兩種緩解策略，使用戶能夠在不對計算機芯片進行任何物理更改的情況下提高安全性。“目前很多側(cè)信道防御都是臨時的——我們在這里看到了一點點泄漏，我們修補了它。我們希望我們采用這種分析模型的方法能夠推動更系統(tǒng)，更強大的防御措施，同時消除整類攻擊，“共同主要作者Miles Dai說。 Dai與共同主要作者Riccardo Paccagnella一起撰寫了這篇論文，他是伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 香檳分校的研究生;米格爾·戈麥斯-加西亞 '22;John McCalpin，德克薩斯先進計算中心的研究科學(xué)家;以及資深作者孟家妍，Homer A. Burnell電氣工程和計算機科學(xué)（EECS）職業(yè)發(fā)展助理教授，計算機科學(xué)與人工智能實驗室（CSAIL）的成員。該研究將在USENIX安全會議上發(fā)表。探測處理器現(xiàn)代處理器就像一個二維網(wǎng)格，多個內(nèi)核以行和列的形式布局。每個內(nèi)核都有自己的緩存來存儲數(shù)據(jù)，并且還有一個更大的緩存在整個處理器之間共享。當(dāng)位于一個內(nèi)核上的程序需要訪問另一個內(nèi)核或共享緩存中的緩存中的數(shù)據(jù)時，它必須使用片上互連來發(fā)送此請求并檢索數(shù)據(jù)。雖然它是處理器的重要組成部分，但片上互連仍然沒有得到充分的研究，因為它很難被攻擊，Dai解釋說。當(dāng)來自兩個核心的流量實際上相互干擾時，黑客需要發(fā)起攻擊，但是由于流量在互連中花費的時間很少，因此很難恰到好處地確定攻擊的時間?；ミB也很復(fù)雜，并且流量可以在核心之間采用多條路徑。為了研究流量如何在互連上流動，麻省理工學(xué)院的研究人員創(chuàng)建了程序，這些程序?qū)⒂幸庠L問位于其本地核心外部的內(nèi)存緩存。“通過測試不同的情況，嘗試不同的位置，并交換這些程序在處理器上的位置，我們可以了解互連上流量背后的規(guī)則，”Dai說。他們發(fā)現(xiàn)，這種互連就像一條高速公路，每個方向都有多條車道。當(dāng)兩個流量發(fā)生沖突時，互連使用優(yōu)先級仲裁策略來決定哪個流量流首先進入。更“重要”的請求優(yōu)先，例如來自對計算機操作至關(guān)重要的程序的請求。利用這些信息，研究人員建立了一個處理器的分析模型，總結(jié)了流量如何在互連上流動。該模型顯示了哪些內(nèi)核最容易受到側(cè)信道攻擊。如果可以通過許多不同的通道訪問核心，那么它就會更容易受到攻擊。攻擊者可以使用此信息來選擇要監(jiān)視的最佳核心，以從受害者程序中竊取信息。“如果攻擊者了解互連的工作原理，他們就可以設(shè)置自己，以便通過互連爭用來觀察一些敏感代碼的執(zhí)行。然后他們可以一點一點地提取一些秘密信息，比如加密密鑰，“Paccagnella解釋說。有效攻擊當(dāng)研究人員使用這種模型發(fā)起側(cè)信道攻擊時，他們對攻擊的運作速度感到驚訝。他們能夠從兩個不同的受害者程序中恢復(fù)完整的加密密鑰。在研究了這些攻擊之后，他們使用他們的分析模型設(shè)計了兩種緩解機制。在第一種策略中，系統(tǒng)管理員將使用該模型來確定哪些內(nèi)核最容易受到攻擊，然后將敏感軟件安排在較不易受攻擊的內(nèi)核上運行。對于第二種緩解策略，管理員可以保留位于易受攻擊程序周圍的內(nèi)核，并僅在這些內(nèi)核上運行受信任的軟件。研究人員發(fā)現(xiàn)，這兩種緩解策略都能夠顯著降低側(cè)信道攻擊的準(zhǔn)確性。Dai說，兩者都不需要用戶對物理硬件進行任何更改，因此緩解措施相對容易實現(xiàn)。最終，他們希望他們的工作能激發(fā)更多的研究人員研究片上互連的安全性，Paccagnella說。“我們希望這項工作能夠突出片上互連（計算機處理器中如此龐大的組件）仍然是一個被忽視的攻擊面。在未來，當(dāng)我們構(gòu)建具有更強隔離特性的系統(tǒng)時，我們不應(yīng)該忽視互連，“他補充道。

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